Защиты, включаемые на токи нулевой последовательности I 0
advertisement
Лекция №4 Неселективные токовые защиты Вопрос об использовании не вполне селективных (при внешних к. з.) токовых защит с относительной селективностью (со ступенчатыми характеристиками выдержек времени) возникает в случаях, когда первые ступени селективных защит не обеспечивают необходимой быстроты отклонения к. з. Это соответствует случаю, когда остаточное напряжение на шинах питающей подстанции (рис.1, а) при К(3) в начале второй зоны (конце ℓI первой) U ( 3) ост I ( 3) к. з z1 l I оказывается меньше 0,6 Upa6 и к. з. должно отключаться защитой без выдержки времени (по условию сохранения устойчивости питающей системы или требованиям определенных категорий потребителей подстанции). Для сети, например, изображенной на рис.1, а при указанном Uост Iс.з может быть выбран из условия обеспечения необходимого кч (~1,3) при к. з. на шинах Б I I с. з I к. з кч . При этом предполагается, что защита последующего участка в зоне с U(3)ост ≤ 0,6 Upa6 работает также без выдержки времени Рис.1. Неселективные токовые защиты в сочетании с АПВ. а – случай целесообразного применения неселективной защиты; б – простейший случай сочетания защиты и АПВ; в – применение поочередного АПВ. Если этого нет, зона ℓI - должна быть соответственно удлинена. В этих случаях, однако, сознательно допускается возможность излишнего срабатывания первой ступени защиты при к. з. в начале предыдущего участка. Иногда неселективные первые ступени защит принимаются с учетом и некоторых других соображений. Большая часть повреждений (до 70% и более) на воздушных линиях имеет преходящий характер — самоустраняется после отключения места повреждения (часто через дугу) и вновь не возникает при повторном включении. В кабельных сетях этот процент меньше, но все же достигает нескольких десятков процентов. Поэтому на линиях устанавливаются устройства АПВ, которые для воздушных сетей считаются обязательными. В распределительных сетях часто используются также устройства ABР, обеспечивающие, например, подключение потребителей ко второй линии подстанции после отключения первой, повредившейся. Использование устройств АПВ и АВР дает возможность в ряде случаев исправлять последствия допущенных излишних срабатываний не вполне селективных защит, а также других их излишних срабатываний, вызванных проявлениями недостаточной функциональной надежности и устойчивости функционирования. Существует ряд выполнений, сочетающих действия не вполне селективных токовых защит с устройствами АПВ. Наиболее просто решается вопрос для сети (рис.1, б), предыдущие участки которой, отходящие от подстанции Б, имеют защиты без выдержки времени, а АПВ предусматривается только на питающей подстанции А. В этом случае никакого взаимодействия схем рассматриваемых устройств не требуется. При к з. на участке, отходящем от подстанции Б, одновременно могут сработать защиты А и Б. Далее обратно включается своим устройством АПВ участок АБ. Для сетей, последовательно расположенные участки которых имеют защиты со ступенчатыми характеристиками, используются более сложные решения, например с так называемым поочередным АПВ. Получивший широкое применение вариант по разработке ОРГРЭС предусматривает обратное включение участков, начиная с более близкого к источнику питания. Так (рис 1, в), при к. з. в точке К участка БВ, расположенной в первых зонах ℓIАи ℓI Б защит А и Б, первоначально они срабатывают одновременно (tIA≈ tIБ), отключая оба участка. Первым обратно включается своим устройством АПВ, имеющим меньшее время, участок АБ и как неповрежденный остается в работе После этого неселективная отсечка участка А Б на определенное время выводится из действия. Далее сработает устройство АПВ участка БВ, и, если к. з в К устойчивое, должен быть защитой Б отключен только один выключатель В этом заключается сочетание действия защит и АПВ. Недостатки такого выполнения заключаются в том, что если на участке АБ в момент указанного выведения из работы первой ступени защиты возникнет к. з., оно будет ликвидироваться с выдержкой времени. Как указывалось выше, неселективные токовые защиты в отечественной практике используются иногда в распределительных сетях напряжением < 110 кВ. ТОКОВЫЕ ЗАЩИТЫ, ВКЛЮЧАЕМЫЕ НА СИММЕТРИЧНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ Токовые защиты включаются не только на полные токи фаз, но и на их симметричные составляющие. Это дает возможность получать защиты с меньшим числом реле, а иногда и большей чувствительности. Для выделения симметричных составляющих используются фильтры. К первичным (на входе) зажимам фильтров подводятся токи трехфазной цепи; между вторичными зажимами (на выходе) получаются токи или напряжения, пропорциональные симметричным составляющим подводимых величин. Преимущественное распространение получили однофазные фильтры, дающие на выходе одну величину. Они имеют (рис.2, а) вторичные зажимы тип, к которым присоединяется реле. Устройство в целом называется фильтр-реле и дает возможность осуществлять односистемные (с одним реле на три фазы) защиты. В общем случае ток в реле Iр, присоединенном к фильтру, содержит составляющие прямой, обратной и нулевой последовательностей: I p k1 I1 k2 I2 k0 I0 отнесенные к одной из фаз. Ток Iр выражается также и через токи фаз: I p ka Ia kb Ib kс Iс Защиты, включаемые на ток прямой последовательности I1. Фильтр прямой последовательности получается при k1 k0 0. Рассматриваемые защиты принципиально можно использовать от всех видов к. з., так как все к. з. характеризуются наличием этой слагающей. Рис. 2. Однофазные фильтры с реле, присоединенными к их вторичным зажимам. а – общий случай; б – фильтр-реле нулевой последовательности. Однако при несимметричных к. з. эти защиты имеют значительно меньшую чувствительность например, при K 2 1 ( 2) I1 I к.з 3 не применяются. Защиты, включаемые на ток обратной последовательности I2. Фильтр обратной последовательности получается при k1 k0 0 . В случаях симметричных К(3) слагающие I2 отсутствуют. Поэтому защита принципиально может применяться для работы только при несимметричных к. з. Рис. 3. Замыкание К(2) на линии в радиальной распределительной сети вблизи шин питающей подстанции. В рабочих токах I2 практически отсутствуют. Однако при возникновении несимметрии напряжений в нагрузку начинает проходить ток I2нагр. На рис.3 в виде примера показано K(2)BC на одной из линий вблизи шин питающей подстанции. Токи I2 будут при этом проходить не только по поврежденной линии, но и по неповрежденной. Ток в последней I ( 2) 2 нагр ( 2) 2 ( 2) нагр U z . Учитывая, что ( 2) ( 2) ( 2) ( 2) U A U A раб, U B U C 0.5 U A и соответствующее им U2 = 0,5∙Uраб, а также принимая сопротивление обобщенной нагрузки, включающей значительную долю асинхронных двигателей, z(2)нагр≈0,35zнагр, получаем I(2)2нагр≈1,43∙Iраб При независимых характеристиках выдержек времени защита должна быть отстроена от токов обратной последовательности. Лучшие результаты получаются при применении защит с зависимыми характеристиками, когда их селективность как и в защитах, включенных на полные токи, даже при Iс. з<Iнагр может быть иногда обеспечена за счет тока к. з. на поврежденной линии I(2)2к. з > I(2)2нагр неповрежденной линии. Рассмотренная защита не может в нормальном исполнении использоваться от всех многофазных к. з. и поэтому для линий обычно не применяется. Защиты с включением на слагающие токов прямой и обратной последовательностей. Принципиально возможно включение на геометрическую сумму İ1+ k∙İ2. Требующийся для такой защиты комбинированный фильтр по схеме выполнения не отличается от фильтра прямой или обратной последовательности (они принципиально отличаются только последовательностью подвода фазных токов к их входным зажимам). Анализ показывает, что такие схемы обладают низкой чувствительностью к двухфазным к. з. за счет возможного расхождения фаз слагающих İ1 и İ2 до 180° и для токовых защит не применяются. Лучшие результаты получаются при включении на арифметическую сумму | İ1 | + k∙ | İ2| или на I1, и I2. Такие защиты с зависимыми характеристиками имеют области применения. Защиты, включаемые на токи нулевой последовательности I0. Фильтр нулевой последовательности получается при k1 k2 0 . Для его выполнения достаточно, например (рис. 2, б), подвести к реле непосредственно геометрическую сумму токов трех фаз. Ток в реле при принятых одинаковых направлениях токов во всех трех фазах I p Ia Ib Ic 3 I 0 nТ . Таким образом, защита реагирует только на к. з., сопровождающиеся токами нулевой последовательности. В системах с глухозаземленными нейтралями это к. з. К(1) и К(1,1). В нормальных рабочих режимах слагающие I0 отсутствуют, параметры защиты не требуется отстраивать от токов запуска и она может выполняться для работы при к. з. на землю значительно более чувствительной, чем защиты, включаемые на полные токи фаз.
